电极热水锅炉在钢厂自备电厂孤网运行中的应用

2014-10-15顾海军聂文娟

机电信息 2014年18期

王敏顾海军聂文娟郝娜

（中机国能电力工程有限公司，上海200061）

0 引言

将钢铁企业在炼焦、炼铁过程中产生的焦炉煤气、高炉煤气等气体用作发电燃料，既能利用这些能源，又可减少环境污染，因此，国内不少大中型钢厂用这些冶炼过程中的副产品作为自备电厂发电的燃料。

钢厂为降低成本，一般不愿意联网，但要求自备电厂具有孤网运行的功能。由于钢铁企业工艺流程中电弧炉、轧机等在合闸时会导致电负荷突增，断闸时电负荷突减，其增减幅度很大，且瞬间发生，这种较大的周期性冲击负荷往往会使自备电厂的常规系统和机组难以实现安全稳定运行。这种冲击负荷对汽轮机的调速系统及旁路系统提出了很高的要求，更重要的是，由于频繁、反复的热冲击而产生的高温金属疲劳，还对机组的寿命产生了严重威胁，使其安全性大大降低，导致自备电厂难以实现孤网稳定运行。在这种情况下，采用电极热水锅炉协同运行的方案便应运而生。采用电极热水锅炉的目的就是使钢厂自备电站的孤网发电机组的负荷尽可能地维持在一个稳定的水平，电极热水锅炉与钢厂的电弧炉、轧机并列同为孤网运行的电负荷用户，即由电极热水锅炉吸收在电弧炉、轧机断电时较合闸时所减少的电负荷，从而实现汽轮发电机组运行负荷的稳定。

基于以上原因，某钢铁企业自备电厂安装了4台40MW电极热水锅炉，以自动平衡冲击负荷。

1 项目概况

某钢铁企业自备热电厂装机容量为2台300MW机组，现有生产线上的平均用电负荷约为700MW，不足的容量由电网或老厂的小机组提供，以实现孤网运行功能。炼钢及轧钢用电的最大冲击负荷约为200MW。

根据电力系统仿真结果，当2×300MW机组运行时，再采用4×40MW的当量容量来吸收200MW的冲击负荷，电厂机组的负荷曲线几乎成为一条直线，从而可以满足局部电网的稳定运行要求。

2 电极热水锅炉加热原理

电极热水锅炉的加热原理是利用水的高热阻特性，将电极浸没在水中，利用连接三相高压电源的电极将炉水加热，使电能转换为热能，且具有较高的热效率。电极热水锅炉承接电弧炉及轧机卸载的全容量荷载，通过电极热水锅炉的循环水量来调节，以满足电极热水锅炉相关的循环参数要求，可以实现功率10%～100%的连续调节范围。

3 电极热水锅炉及换热系统

电极热水锅炉由锅炉本体及炉水循环泵、蓄热罐、水—水换热器、定压罐等组成，还有加药、取样器等装置，并设置安全阀及压力、温度、流量等监测装置，确保电极热水锅炉的安全运行。锅炉相关参数如表1所示。

表1 电极热水锅炉技术参数表

电极热水锅炉系统有锅炉本体一次水系统（图1）和二次水系统（图2），一次水系统是电极热水锅炉的一个闭式循环系统，它利用炉水循环泵提供一次水（除盐水）的循环动力，除盐水作为吸收在电极热水锅炉内由电能转换的热能的介质，在水—水换热器中将热量释放给二次循环水系统的循环介质——凝结水，从而回收了大部分热量。该凝结水是来自电厂汽轮机的回热系统，由凝结水泵输送，凝结水在水—水换热器内吸热后，又返回到电厂汽轮机的回热系统，进入高压除氧器，即水—水换热器与汽轮机回热系统的低压加热器组是并联的。

图1 电极热水锅炉本体一次水系统

图2 二次水接出位置示意图

系统内还设一套循环水换热系统与凝结水换热系统并联，目的是在特殊情况下，凝结水量不能满足一次水的换热量要求时进行补充和备用。循环水换热系统提供的吸热介质是电厂用的循环水，由主厂房循环水泵提供，换热后再回到主厂房循环水回水管。

4 运行控制

电极热水锅炉的电功率是随炼钢电弧炉及轧机的合闸与拉闸负荷而突变的，这瞬间的变化量要电极热水锅炉全量吸收，从而达到钢厂自备电厂孤网安全稳定运行的目的。电极热水锅炉电功率变化所产生的热量，用调节一次水量来协调，一次水携带的热量在水—水换热器中用凝结水量的调节来交换和吸收，通过一次水温度相应调整二次水流量大小。

系统正常运行时，自备电厂2台机组的二次水、凝结水均投入运行，为了计量每台发电机组凝结水通过水—水换热器的流量，在每台机组的凝结水引出管道上设流量测量装置，信号上传至电子负荷控制系统。当其中一台机组故障或停机检修时，一台机组的凝结水量无法满足一次水的换热需求，由循环水提供二次水进行换热补充。

控制系统根据一次水的温度，调整一次水通过凝结水换热器的流量或和循环水换热器的流量分配，根据凝结水二次水的出口温度调整通过凝结水在低加与换热器之间的流量分配。同时为了保证汽轮机回热系统除氧器的水位要求，系统设了一组除氧器水位调节阀，以保证在各种工况下能灵活调整除氧器水位。